CN104878287A - 具有低成本且热轧高性能宽厚钢板及其的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板及其的制造方法，宽厚钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.09～0.13％、Si：0.17～0.42％、Mn：1.20～1.50％、P≤0.016％、S≤0.012％，其余为铁和不可避免的杂质该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板。本发明以低成本为路线，相比传统工艺，取消了所有贵重金属的添加，同时无需任何设备改造，仅采用C、Si、Mn、P、S五大元素和Fe为原料，相比国内现有技术节省210元左右/吨。

Description

具有低成本且热轧高性能宽厚钢板及其的制造方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体地指一种具有低成本且热轧高性能宽厚钢板及其的制造方法。

背景技术

高性能宽厚钢板是钢铁产业发展政策中明确提出要鼓励生产的产品。它属资源节约型钢材，同时也是比较典型的高技术含量、高附加值产品，广泛用于能源、交通、建筑、工程机械等国民经济各个重要领域，具有很大的市场潜力。

目前国内生产高性能结构钢较好的有：宝钢、鞍钢、舞钢等钢厂，其大多数需添加Nb、V、Ti、Ni、Mo中一种或多种贵重金属，成本较高。而近年来，钢铁行业仍处以持续低迷的状态，国内钢铁企业竞争十分激烈，各钢厂所面临的的节约成本的压力越来越大。

在国内有关高强钢多有报道，也申请了专利。如申请号为201210275062.4的中国专利公开说明了一种420MPa级低合金高强度特厚钢板及其制造方法，该钢化学成分为：C：0.13～0.165％、Si：0.28～0.40％、Mn：1.36～1.55％、P≤0.020％、S≤0.011％、Nb：0.032～0.042％、V：0.032～0.042％、Cu:≤0.13％、N：≤0.007％、Als：0.0092～0.012％、O:≤0.003％、H：≤0.0002％、其中Nb+V≤0.08％，其余为Fe及不可避免的杂质,但该发明钢添加了较多的合金，生产工艺采用了电狐炉冶炼和电渣重熔，比当前成熟的板坯连铸方式成本高，并且其要求采用正火热处理，产品厚度规格为100～160mm，其化学成分、生产工艺及产品厚度规格与本发明钢不同。

申请号为201010264160.9的中国发明专利公开了一种结构用热轧钢板及其生产方法”，其化学成分包括：C：0.10～0.22％,Si：≤0.35％，Mn：0.40～0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。从其具体实例来看，其生产的厚度范围为3～8mm厚的薄规格板带钢，屈服强度为385～405MPa，抗拉强度为520～540MPa，延伸率为27～32％，只适用于生产345MPa级的薄规格板带钢，其产品厚度规格、强度级别与本发明钢不同。

申请号为201010276628.6的中国发明专利公开了一种低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法，其化学成分为C：0.04～0.10％，Mn：1.2～2.0％，Si：0.1～0.5％，Nb：0.02～0.045％，Ti：0.005～0.025％，Cr：0.4～1.0％，Mo：0.08～0.25％％，Als：0.010～0.050％。该发明添加了Nb、Ti、Cr、Mo贵重合金，特别是其中Cr含量，同时其生产工艺要求热处理，路线复杂，生产成本过高，另外，从其具体实例来看，生产厚度范围为16～50mm，厚度范围覆盖较窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板及其的制造方法。该方法采用C、Si、Mn、P、S五大基本元素和Fe为原料，不增加任何设备设施的情况下，制备得到的宽厚钢板厚度为8～50mm；屈服强度≥420MPa，抗拉强度600～650MPa，屈强比≤0.75，延伸率为≥25％，-20℃夏比冲击功≥120J，-40℃夏比冲击功为≥50J。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板，所述宽厚钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.09～0.13％、Si：0.17～0.42％、Mn：1.20～1.50％、P≤0.016％、S≤0.012％，其余为铁和不可避免的杂质。

进一步地，所述宽厚钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.11～0.13％、Si：0.30～0.40％、Mn：1.30～1.45％、P≤0.016％、S≤0.012％，其余为铁和不可避免的杂质。

再进一步地，所述宽厚钢板的化学成分按重量百分比为：宽厚钢板其组分及重量百分比含量为：C：0.126％、Si：0.40％、Mn：1.43％、P：0.013％、S：0.009％，其余为铁和不可避免的杂质。

再进一步地，所述宽厚钢板的厚度为8～50mm；所述宽厚钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度600～650MPa，屈强比≤0.75，延伸率为≥25％，-20℃夏比冲击功≥120J，-40℃夏比冲击功为≥50J。

本发明提供了一种具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板制备方法，该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中

1)LF精炼处理过程中，以4～6m/s速度喂入Si-Ca线；

2)轧制过程中，轧前以9～12min/s的加热速率将铸坯加热至1180～1230℃；

然后采用两阶段控轧，第一阶段开轧温度为1150～1190℃，轧制速度为1.1～1.8m/s，单道次压下率≥13％，终轧温度为1000～1030℃，中间坯厚度为2.5～3倍的成品厚度；

第二阶段未再结晶区轧制温度为控制在950℃～A_r3+50℃，其中开轧温度控制在960～980℃，二阶段采用4～6道次轧制完成，其中至少有两道次单道次压下率≥15％，终轧温度为780～820℃；A_r3为奥氏体向铁素体转变温度

3)ACC冷却过程中，冷却速度设为20～40℃/s；终止冷却温度为380～490℃。

本发明的原理：

1、各种化学成分的选用原理：

C：碳可以大幅度提高钢的强度，降低钢的屈强比，但是碳含量过高，钢的低温韧性显著恶化且影响钢板的焊接性能，因此控制在0.09～0.15％。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，但当超过一定量时，钢的洁净度降低，韧性和焊接性能下降，回火脆性增强，因此控制在0.20～0.50％。

Mn：具有很好的固溶强化作用，在一定范围内提高钢的强度，并能使缓冷后晶界所出现的渗碳体变小从而提高钢的韧性，但Mn含量不能过高，否则会影响马氏体相变点的下降，进而使得室温时残余奥氏体量增加，因此控制在1.20～1.50％。

P：磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性，但如果要求过低势必给操作上带来不便同时会增加生产成本，故设计P含量≤0.015％。

S：硫元素增加钢的热脆性，硫含量高时，对焊接性能不利，但和P一样，如果要求过低势必给操作上带来不便同时会增加生产成本，故设计S含量≤0.012％。

2、本发明制备方法的工作原理：

1)冶炼部分：采用转炉冶炼，尽可能深脱碳；采用LF炉精炼处理，并进行微合金化；Ca处理，结合钢中S含量及出钢量，以4～6m/s速度喂入Si-Ca线，以控制硫化物形态，提高延性和韧性，减少钢板横向和纵向性能差；连铸采用电磁搅拌，减少元素偏析。

2)轧制部分：轧前以9～12min/s的加热速率将铸坯加热至1180～1230℃，保证获得细小的奥氏体晶粒。

3)ACC冷却过程中，，冷却速度过低，铁素体析出量增加，强度降低，冷却速度过高，延伸率和冲击功降低。

本发明的有益效果在于：

1、本发明以低成本为路线，相比传统工艺，取消了所有贵重金属的添加，同时无需任何设备改造，仅采用C、Si、Mn、P、S五大元素和Fe为原料，相比国内现有技术节省210元左右/吨；

2、本发明通过设计合适的成分配比及控轧控冷工艺路线，能获得超细铁素体晶粒及少量的贝氏体，屈服强度达到420MPa级及以上，同时拥有优良的低温韧性和较低的屈强比，具有良好的成型性；

3、本发明适用于生产8～50mm厚的高性能的热轧结构钢板；

4、此类钢板钢为高附加值产品，化学成分简单，生产工艺过程容易操作，生产成本较低。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

厚度为8mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.10％、Si：0.30％、Mn：1.30％、P：0.014％、S：0.010％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为200mm，铸坯加热温度1195℃，加热速率为9.2min/cm，一阶段开轧温度1189℃，轧制速度为1.7m/s，一阶段轧制道次数为8道次，单道次压下率分别为14％、15％、16％、18％、19％、21％、20％、18％，一阶段终轧温度1010℃，中间坯厚度为40mm；二阶段开轧978℃℃，轧制道次数为6道次，单道次压下率分别为25％、26％、23％、20％、22％、19％，二阶段终轧温度819℃，冷却速度为36℃/s，终冷温度为487℃。

实施例2

厚度为12mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.10％、Si：0.31％、Mn：1.32％、P：0.013％、S：0.011％，其余为铁和不可避免的杂质。该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为200mm，铸坯加热温度1197℃，加热速率为9.2min/cm，一阶段开轧温度1188℃，轧制速度为1.7m/s，一阶段轧制道次数为7道次，单道次压下率分别为14％、15％、16％、16％、21％、23％、20％，一阶段终轧温度1013℃，中间坯厚度为50mm；二阶段开轧979℃℃，轧制道次数为6道次，单道次压下率分别为23％、23％、22％、21％、19％、19％，二阶段终轧温度815℃，冷却速度为34℃/s，终冷温度为456℃。

实施例3

厚度为20mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.11％、Si：0.33％、Mn：1.29％、P：0.013％、S：0.009％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1203℃，加热速率为11min/cm，一阶段开轧温度1189℃，轧制速度为1.5m/s，一阶段轧制道次数为7道次，单道次压下率分别为14％、15％、15％、16％、18％、19％、19％，一阶段终轧温度1019℃，中间坯厚度为70mm；二阶段开轧978℃，轧制道次数为5道次，单道次压下率分别为25％、25％、24％、20％、16％，二阶段终轧温度817℃，冷却速度为32℃/s，终冷温度为446℃。

实施例4

厚度为28mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.11％、Si：0.32％、Mn：1.31％、P：0.015％、S：0.009％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1198℃，加热速率为10min/cm，一阶段开轧温度1188℃，轧制速度为1.6m/s，一阶段轧制道次数为7道次，单道次压下率分别为13％、14％、14％、14％、16％、16％、18％，一阶段终轧温度1009℃，中间坯厚度为80mm；二阶段开轧972℃，轧制道次数为5道次，单道次压下率分别为23％、22％、21％、19％、18％，二阶段终轧温度813℃，冷却速度为34℃/s，终冷温度为433℃。

实施例5

厚度为36mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.11％、Si：0.34％、Mn：1.34％、P：0.013％、S：0.011％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1205℃，加热速率为11min/cm，一阶段开轧温度1187℃，轧制速度为1.5m/s，一阶段轧制道次数为7道次，单道次压下率分别为13％、14％、15％、15％、15％、16％、17％，一阶段终轧温度1009℃，中间坯厚度为80mm；二阶段开轧969℃，轧制道次数为4道次，单道次压下率分别为20％、19％、18％、15％，二阶段终轧温度798℃，冷却速度为36℃/s，终冷温度为411℃。

实施例6

厚度为42mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.12％、Si：0.36％、Mn：1.34％、P：0.014％、S：0.008％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1198℃，加热速率为11min/cm，一阶段开轧温度1179℃，轧制速度为1.4m/s，一阶段轧制道次数为6道次，单道次压下率分别为13％、13％、14％、14％、15％、16％,一阶段终轧温度1012℃，中间坯厚度为100mm；二阶段开轧971℃，轧制道次数为5道次，单道次压下率分别为18％、17％、16％、15％、14％，二阶段终轧温度801℃，冷却速度为38℃/s，终冷温度为406℃。

实施例7

厚度为45mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.12％、Si：0.39％、Mn：1.42％、P：0.013％、S：0.009％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1203℃，加热速率为11min/cm，一阶段开轧温度1182℃，轧制速度为1.5m/s，一阶段轧制道次数为6道次，单道次压下率分别为12％、14％、14％、14％、15％、16％,一阶段终轧温度1008℃，中间坯厚度为100mm；二阶段开轧974℃，轧制道次数为4道次，单道次压下率分别为20％、19％、17％、16％，二阶段终轧温度794℃，冷却速度为37℃/s，终冷温度为396℃。

实施例8

厚度为50mm的宽厚钢板其组分及重量百分比含量为：C：0.126％、Si：0.40％、Mn：1.43％、P：0.013％、S：0.009％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1210℃，加热速率为12min/cm，一阶段开轧温度1180℃，轧制速度为1.6m/s，一阶段轧制道次数为6道次，单道次压下率分别为12％、12％、13％、13％、13％、14％,一阶段终轧温度1012℃，中间坯厚度为110mm；二阶段开轧976℃，轧制道次数为4道次，单道次压下率分别为20％、19％、17％、15％，二阶段终轧温度785℃，冷却速度为38℃/s，终冷温度为386℃。

实施例9

厚度为36mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.09％、Si：0.42％、Mn：1.20％、P：0.013％、S：0.011％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1209℃，加热速率为11min/cm，一阶段开轧温度1182℃，轧制速度为1.5m/s，一阶段轧制道次数为7道次，单道次压下率分别为12％、14％、14％、15％、15％、16％、17％，一阶段终轧温度1001℃，中间坯厚度为80mm；二阶段开轧964℃，轧制道次数为4道次，单道次压下率分别为21％、19％、19％、16％，二阶段终轧温度802℃，冷却速度为36℃/s，终冷温度为420℃。

实施例10

厚度为36mm的宽厚钢板组分及重量百分比含量为：C：0.13％、Si：0.17％、Mn：1.50％、P：0.010％、S：0.012％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1210℃，加热速率为11min/cm，一阶段开轧温度1179℃，轧制速度为1.5m/s，一阶段轧制道次数为7道次，单道次压下率分别为13％、14％、15％、15％、15％、16％、17％，一阶段终轧温度1016℃，中间坯厚度为80mm；二阶段开轧969℃，轧制道次数为4道次，单道次压下率分别为20％、19％、19％、17％，二阶段终轧温度798℃，冷却速度为36℃/s，终冷温度为426℃。

表1 各实施例的力学性能检测情况列表

从表1可以看出，本发明的一种低成本制造下热轧高性能结构用钢的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥25％，屈强比≤0.75，-20℃夏比冲击功≥120J，-40℃冲击功(V型缺口)在50J以上。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板，其特征在于：所述宽厚钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.09～0.13％、Si：0.17～0.42％、Mn：1.20～1.50％、P≤0.016％、S≤0.012％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板，其特征在于：所述宽厚钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.11～0.13％，Si：0.30～0.40％、Mn：1.30～1.45％、P≤0.016％、S≤0.012％，其余为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板，其特征在于：所述宽厚钢板的化学成分按重量百分比为：宽厚钢板其组分及重量百分比含量为：C：0.126％、Si：0.40％、Mn：1.43％、P：0.013％、S：0.009％，其余为铁和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1或2或3所述具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板，其特征在于：所述宽厚钢板的厚度为8～50mm；所述宽厚钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度600～650MPa，屈强比≤0.75，延伸率为≥25％，-20℃夏比冲击功≥120J，-40℃夏比冲击功为≥50J。

5.一种权利要求1所述具有低成本且热轧高性能的宽厚钢板制备方法，该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、九辊式可逆轧机轧制、ACC冷却和空冷工艺，制备得到宽厚钢板，其特征在于：

1)LF精炼处理过程中，以4～6m/s速度喂入Si-Ca线；

2)轧制过程中，轧前以9～12min/s的加热速率将铸坯加热至1180～1230℃；

然后采用两阶段控轧，第一阶段开轧温度为1150～1190℃，轧制速度为1.1～1.8m/s，单道次压下率≥13％，终轧温度为1000～1030℃，中间坯厚度为2.5～3倍的成品厚度；

第二阶段未再结晶区轧制温度为控制在950℃～A_r3+50℃，其中开轧温度控制在960～980℃，二阶段采用4～6道次轧制完成，其中至少有两道次单道次压下率≥15％，终轧温度为780～820℃；

3)ACC冷却过程中，冷却速度设为20～40℃/s；终止冷却温度为380～490℃。